Жатва 33

Борис Гуанов
      Черепки:
6. «Длительность и форма сигналов»:
А. сигналы, отражённые от Змея, скалы или водяных струй, имеют разнообразный вид со многими максимумами. В зависимости от их ориентации и структуры отражённые цыплята сбиваются в кучки: «Кучкуйся!»;
Б. сигнал, отражённый от змейской чешуйки - оптического уголкового отражателя (ОУО), имеет малую длительность, сравнимую с длительностью зондирующего импульса. Среди отражённых цыплят «Отстающих нет!»;
В. сигнал от дымовой завесы обычно имеет фронты разной длительности в соответствии с плотностью дыма, уменьшающейся при удалении от источника дыма: «Кто в дыму заблудился?»
Вывод: по длительности и форме отражённых сигналов трудно отличить Змея от различных пассивных помех.

7. «Деполяризация сигналов»:
А. при отражении от шершавой шкуры Змея двое из семи зондирующих цыплят изменяют направление растопыривания крылышек на перпендикулярное. Отношение числа перевёртышей к числу цыплят, сохранивших исходную ориентацию, - поляризационное отношение - устойчиво при любой дальности до Змея и его развороте и равно примерно 0,4: «Шкуру не поменяешь!»;
Б. при отражении от металлизированных ОУО «перевёртышей нет!», поляризационное отношение равно нулю;
В и Г. при отражении от дыма и водяных струй поляризационное отношение около 0,2;
Д. при отражении от естественных скал – около 0,6:
Е. при отражении от непокрытых ОУО, работающих на полном внутреннем отражении, деполяризация полная: поляризационное отношение равно единице: «А мы все кувыркаемся!».
Так я показал, что значение поляризационного отношения – это устойчивый признак, позволяющий распознать Змея среди пассивных помех разного рода: «Проклятие! Он разгадал мою тайну!»;

8. «Режимы наведения и поляризационной селекции целей»: для обеспечения поляризационной селекции перед приёмником ЛК я установил плёночный поляроид, пропускающий отражённых цыплят с ориентацией крылышек, совпадающей с ориентацией крылышек зондирующих цыплят. В режиме наведения это позволяет получить максимальный отражённый сигнал. В режиме селекции при распознавании целей наш курятник посылает пару зондирующих ватаг цыплят с малым интервалом между ними и с ортогональным направлением растопыривания крылышек. При этом приёмник ЛК считает количество цыплят, не изменивших направления растопыривания крылышек в первой ватаге и изменивших его на ортогональное во второй, и вычисляет их отношение – коэффициент деполяризации, по величине совпадающий с поляризационным отношением. Если это отношение около 0,4, то с большой вероятностью можно считать, что это «похоже на Змея»;

9. «Сдвоенный лазер с переключением поляризации»: чтобы увеличить частоту повторения зондирующих цыплячьих ватаг в режиме наведения и заодно обеспечить посылку пары зондирующих ватаг разной поляризации с малым интервалом между ними, я придумал сдвоенный  курятник, состоящий из двух параллельных курятников с ортогональными поляризациями цыплячьих ватаг, которые направляются по одному пути с помощью системы из глухого зеркала и интерференционного поляризатора. В режиме наведения (А) курятники испускают ватаги цыплят поочерёдно, а режиме селекции (Б) – почти одновременно. Но чтобы в режиме наведения все зондирующие ватаги имели поляризацию, которую пропускает поляроид перед приёмником ЛК, на выходе сдвоенного курятника я установил переключатель поляризации – электрооптический элемент, на электроды которого через импульс подаётся полуволновое напряжение. В режиме селекции напряжение на переключатель поляризации вообще не подаётся – ведь направления растопыривания крылышек цыплят из двух курятников и так взаимно перпендикулярны;

10. «Селекция активных помех путём генерации второй гармоники»: для борьбы с активными помехами – стаями чёрных цыплят-змеят, которые Змей может посылать к Персею, чтобы обмануть или просто ослепить его, я предложил перекрашивать наших цыплят в зелёный цвет с помощью генератора второй гармоники на выходе сдвоенного курятника с переключением поляризации. Именно переключатель поляризации обеспечивает мгновенный переход нашего курятника на посылку зелёных ватаг. Генератор второй гармоники, представляющий собой вырезанный определённым образом нелинейный кристалл, например, кристалл ниобата лития, устанавливается так, что в обычном режиме наведения перекрашивания цыплят не происходит. При подаче управляющего напряжения на электроды переключателя поляризации в противофазе с обычным режимом наведения направление растопыривания крылышек цыплят перед генератором второй гармоники поворачивается на 90 градусов – и полетели, зелёные! Для приёма наших зелёных отражённых цыплят перед собирающим зеркалом приёмника ЛК я предложил установить не обычный, а интерференционный контротражатель, отражающий чёрных и пропускающий зелёных цыплят к дополнительному приёмнику второй гармоники. Поэтому даже если основной приёмник ЛК ослеплён или обманут, в дело вступает дополнительный приёмник, и наведение осуществляется по зелёному лучу.   


                НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЕ ПОДРОБНОСТИ 2. (продолжение)

                БИТВА ПЕРСЕЯ СО ЗМЕЕМ (продолжение).

      Начнём с чешуи, кукол и скал. Надо было выяснить, чем отличаются стайки цыплят, отражённых от этих ложных целей, от стайки, отражённой от самого Змея. Эти стайки можно охарактеризовать, во-первых, их общей численностью, то есть энергией принимаемых сигналов, во-вторых, их общей растянутостью по дистанции и детальным распределением цыплят по дистанции, то есть временными параметрами принимаемых сигналов, и, в-третьих, ориентацией крылышек принимаемых цыплят, то есть поляризационными характеристиками.

      Как численность, так и распределение цыплят по дистанции для стаек, отражённых от Змея и всяких обманок, могут быть самыми разными и зависят от расстояния, от погоды и от ориентации Змея или кукол. Конечно, для каждого вида обманок есть особенности отражённых от них стаек. Например, отражённая от чешуйки Змея стайка имеет ту же длительность, что и посланная из курятника ватага цыплят, потому что размеры чешуйки пренебрежимо малы, и все цыплята отражаются от неё одновременно, в отличие от Змея, от носа до хвоста которого около 300 метров. Голова дымового шлейфа отражает цыплят лучше, чем хвост, поэтому отражённая от него стайка имеет длинную вереницу отставших цыплят (черепок 6). Но и от Змея могут приходить стайки отражённых цыплят с самыми разнообразными численностью, длительностью и распределением по дистанции. Поэтому по этим признакам трудно отличить сигналы от Змея и от всяких подстав.

      А вот ориентация цыплячьих крылышек в отражённой стайке оказалась признаком, который позволяет более надёжно определить стайку, отражённую именно от Змея. При отражении от шершавой шкуры Змея некоторая часть цыплят теряет первоначальную ориентацию растопыренных крылышек и топорщит их во всевозможные стороны: наблюдается так называемая частичная деполяризация отражённого излучения. Иначе такую отражённую стайку можно представить как совокупность цыплят, сохранивших первоначальную ориентацию крылышек, и цыплят, изменивших её на перпендикулярную (черепок 7). Отношение количества таких цыплят, поменявших ориентацию, к количеству цыплят, сохранивших первоначальную ориентацию, называемое поляризационным отношением, оказалось признаком, устойчивым для шкуры Змея. Для других поверхностей и отражателей это отношение имеет уже другие и существенно отличающиеся значения. Этот признак оказался практически не зависящим ни от расстояния, ни от ориентации объектов, ни от погоды и определялся только природой отражающей поверхности, будь то шершавая окрашенная шкура Змея, зеркала или грани полного внутреннего отражения его чешуек, дым, капли водяных струй, камни или растительность природных объектов.

      Но вернемся к нашему Персею. Чем же я в результате всех этих исследований и размышлений могу помочь герою? Как мне оснастить Персея, чтобы он мог измерить относительное количество цыплят, изменивших направление растопыривания своих крылышек на перпендикулярное при отражении? В принципе, это возможно для каждой отражённой стайки, но требует использования двух одинаковых зеркальных щитов-фотоприёмников с поляризационными фильтрами, ось пропускания одного из которых совпадает с направлением растопыривания крылышек посылаемой ватаги цыплят, а ось пропускания другого перпендикулярна оси пропускания первого. Поляризационный фильтр можно уподобить решётке из прямых параллельных прутьев, через которую цыплята, растопырившие крылышки в направлении прутьев проходят беспрепятственно, а цыплята с перпендикулярным направлением растопыривания не проходят. В качестве поляризационного фильтра в сходящихся к чувствительному элементу лучах проще всего применять обычные поляроиды, знакомые каждому по очкам для 3D-кино, представляющие собой полимерные пленки с анизотропными молекулами.
 
      Однако два щита для Персея – это уж слишком! При ограниченной возможностями Персея суммарной площади щитов эффективность каждого щита падает вдвое, да ещё и решётки, не пропускающие ощутимую часть цыплят! Без решётки-поляризатора для измерения поляризационных свойств не обойтись, но уж щит-то должен быть один. Поэтому подсчет цыплят, не изменивших ориентации крылышек, и изменивших её на перпендикулярную придётся проводить не одновременно, а последовательно - от импульса к импульсу.
 
      Но представьте: Персей летит и машет своим курятником на щите, чтобы держать Змея на прицеле, Змей извивается – ситуация динамическая, поэтому две последовательно принимаемые стайки цыплят могут сильно отличаться по численности, и точность измерения поляризационного отношения от этого падает. Потому нужно при измерении этого отношения посылать к Змею пару цыплячьих ватаг с минимальным интервалом, тогда отражённые стайки будут более или менее одинаковыми.
 
      Чтобы измерить поляризационное отношение, надо за время этого интервала успеть повернуть на 90 градусов направление прутьев решётки-поляризатора. Механически повернуть поляроид перед фотоприёмником за короткий интервал времени сложно. Гораздо изящнее повернуть на 90 градусов ориентацию крылышек цыплят во второй ватаге, а решётку-поляризатор оставить неподвижной. При этом при приеме первой стайки будет измеряться количество цыплят, не изменивших ориентацию крылышек, а при приеме второй стайки будет измеряться количество цыплят, изменивших при отражении ориентацию крылышек по отношению к ориентации крылышек зондирующей второй ватаги (черепок 8).
 
      Строго говоря, при этом измеряется не поляризационное отношение, а другая величина, названная мной коэффициентом деполяризации, но эксперименты на реальных целях и лабораторные измерения на моделях кораблей показали, что значения поляризационного отношения и коэффициента деполяризации практически совпадают и составляют для Змея 0,4 (черепок 7а), для посеребрённых чешуек около нуля (черепок 7б), для дыма и водяных струй – 0,2 (черепок 7в), для скал – от 0,3 до 0,6 (черепок 7д), для чешуек без покрытия – 1 (черепок 7е).

      Исходя из всех этих соображений, мной была предложена и запатентована новая схема лазерного передатчика из двух одинаковых курятников, поочерёдно дающих ватаги цыплят с взаимно перпендикулярно растопыренными крылышками, которые направляются по одному пути с помощью наклонного поляризатора. Такой поляризатор можно уподобить наклонной решётке с прямыми параллельными прутьями, через которые цыплята с крылышками, растопыренными вдоль прутьев, пролетают беспрепятственно, а цыплята с перпендикулярно растопыренными крылышками отражаются по закону отражения как от наклонного зеркала. Такие интерференционные поляризаторы тогда уже научились делать, используя технику многослойных диэлектрических покрытий, причем эти поляризаторы, в отличие от поляроидов, выдерживают мощные лазерные импульсы.
 
      В обычном режиме обнаружения и наведения на Змея необходимо, чтобы ориентация крылышек цыплят во всех посылаемых к Змею ватагах совпадала с направлением прутьев решётки-поляроида на входе чувствительного элемента приемника. Поэтому на выходе передатчика нужно повернуть ориентацию крылышек каждой второй ватаги на 90 градусов. Это несложно сделать с помощью знакомого нам по электрооптическому затвору эффекта Поккельса. Для этого надо подавать на электрооптический кристалл, установленный на выходе передатчика, импульсы так называемого полуволнового напряжения в момент вылета каждой второй ватаги цыплят. Этот электрооптический элемент можно назвать переключателем поляризации.
 
      Такая схема передатчика позволила, во-первых, увеличить частоту повторения зондирующих цыплячьих ватаг вдвое и, во-вторых, в режиме поляризационной селекции целей формировать пару цыплячьих ватаг с взаимно перпендикулярной ориентацией крылышек со сколь угодно малым временным интервалом. При этом импульсы петушиной накачки подаются на оба курятника одновременно, а не через раз, как в обычном режиме, но электрооптические затворы в курятниках открываются с небольшим интервалом, позволяющим считать боевую ситуацию статичной. Напряжение на переключатель поляризации во время посылки этой пары цыплячьих ватаг, естественно, не подаётся (черепок 9).
 
      Возможность управления направлением поляризации даёт ещё одну замечательную возможность – переключения рабочей длины волны излучения с помощью генератора второй гармоники, то есть возможность управления цветом цыплят. Так как наш неодимовый лазер даёт инфракрасное излучение, будем считать наших цыплят чёрными. В простейшем случае генератор второй гармоники представляет собой просто кристалл, например, кристалл ниобата лития, установленный и ориентированный определённым образом на выходе лазера. В зависимости от направления растопыривания крылышек пробегающих через него цыплят он либо никак не действует на их цвет, либо перекрашивает существенную часть таких цыплят в зелёный цвет.

      Перекрашивание цыплят может понадобиться Персею в том случае, если коварный Змей начнёт обманывать или ослеплять Персея с помощью посылки к нему своих змейских цыплят, естественно, тоже чёрных, как и зондирующие ватаги Персея. В этом случае Персею понадобится ещё один запасной фоточувствительный элемент, принимающий только зелёные стайки. При этом зеркальный щит Персея может быть один, а разделение принимаемых цыплят на черных и зелёных осуществляется интерференционным зеркальным контротражателем – небольшой плоской стеклянной пластинкой с многослойным диэлектрическим покрытием перед фокусом зеркала, отражающей чёрных на один чувствительный элемент и пропускающей зелёных на другой (черепок 10).

      Управление направлением растопыривания крылышек, цветом и интервалом между зондирующими ватагами цыплят даёт такие возможности кодирования, что никакой хитрый Змей не сможет обмануть Персея. При достаточном сближении Персея со Змеем большой мощности зондирующих ватаг уже не нужно: принимаемые стайки и так достаточно велики. Поэтому Персей может увеличить частоту повторения зондирующих ватаг, уменьшая численность в каждой из них и интенсивность петушиной накачки в каждом импульсе. Увеличение частоты повторения необходимо, чтобы удерживать в прицеле Персея увеличивающегося в угловых размерах Змея при подлёте к нему.

     Переключение направления растопыривания крылышек всех зондирующих ватаг может пригодиться Персею и на малой дистанции до Змея, когда отражение своих зондирующих цыплят от аэрозолей и молекул воздуха в непосредственной близости от Персея – обратное рассеяние – забивает стайки, отражённые от Змея. Дело в том, что при обратном рассеянии направление растопыривания крылышек не меняется, поэтому, перейдя на перпендикулярное направление крылышек зондирующих ватаг при неподвижном поляроиде на фотоприёмнике, Персей может наводиться на Змея по цыплятам в принимаемых стайках, изменившим ориентацию крылышек при отражении от Змея, и проходящих через поляроид перед фотоприёмником, а цыплята помехи обратного рассеяния будут проходить через поляроид очень плохо.
 
      Вот такая конфигурация специализированного лазерного передатчика для Персея и тактика обнаружения Змея среди возможных помех вырисовалась в моих мозгах в результате многолетних изысканий. Ну, Персей, ни пуха, ни пера!


                Назад на: http://www.proza.ru/2017/12/16/2286
                Продолжение на: http://www.proza.ru/2017/12/16/2296
         Вернуться к оглавлению: http://www.proza.ru/2017/12/14/1967